[发明专利]一种互连芯片动态共享缓冲装置

说明书

针对现有超级计算机高速互连网络交换机中高数据位宽DAMQ在后端物理设计复杂性过大的技术问题，本发明提供一种互连芯片动态共享缓冲装置，包括：报文拆分模块、控制码组合模块、数据DAMQ和控制DAMQ，一个数据输入端口、一个读请求输入端口和一个数据输出端口；记控制DAMQ为DAMQ_CTRL，数据DAMQ为DAMQ_DATA。本发明通过将报文中的控制信息与数据分离，报文写入DAMQ时会被拆分成两部分，其中报文数据部分被写入DAMQ_DATA，报文的控制信息以及报文数据存储在DAMQ_DATA中的地址则被组合起来写入DAMQ_CTRL，DAMQ_CTRL通过控制码中的地址从DAMQ_DATA读出报文数据。本发明可以将DAMQ所需的寄存器数量降低为现有技术的2％左右，大幅降低后端布局布线困难，并降低物理设计成本。

技术领域

本发明涉及超级计算机高速互连网络交换机输入端口的输入缓冲区，特别是一种互连芯片动态共享缓冲装置。

背景技术

互连网络是超级计算机的关键部件，用于实现超级计算机中的计算节点、输入输出节点、服务节点之间的高速数据传输与交换。

交换机是高速互连网络的核心设备，一般采用交叉开关来实现。交换机的内部结构主要包括数据缓冲区和交叉开关，数据缓冲区用于缓存不能及时处理的数据，交叉开关用于在不同的网络端口之间交换数据。交换机常用的数据缓冲方式有：输入缓冲，输出缓冲，输入输出联合缓冲，交叉点缓冲等。由于输入缓冲实现简单，成为交叉开关普遍采用的缓冲方式。随着交换机端口数目的增加，交换机采用多级交换结构，每一个输入端口和每一级交换的输入端口都需要缓冲区缓存报文，导致交换机中缓冲区的数目急剧增加。为了减小缓冲区占用的芯片面积，降低实现缓冲区的存储器带来的功耗开销，交换机中采用动态分配共享缓冲区管理方法，提高缓冲区利用率，减小缓冲区深度。具体做法是，为交换机每个输入端口设置一个缓冲区，由所有虚信道(Virtual Channel，VC)共享，输入端口接收到的数据被随机地缓存在共享缓冲区中，通过地址管理保证数据能够被正确的写入和读出。采用动态分配共享缓冲区可以提高缓冲区利用率，只要缓冲区中有空闲空间就可以接收任何一个VC的数据。我们将这种缓冲区称作多VC动态共享缓冲区。为了提高链路利用率，互连网络中的物理链路被划分为多个虚信道。在交换机的输入缓冲区中，设置与VC数目相同的虚拟数据队列，相同VC的数据被组织为虚拟链表，存取方式为先进先出(First In FirstOut，FIFO)。在有些交换机中，为了消除头部阻塞问题，设置与交换机输出端口数目相同的虚拟队列，输出到同一个输出端口的数据被保存在一个队列中，组织为链表方式，存取方式也为FIFO。

记VC数目为N(N为正整数)，现有多VC动态共享缓冲区如图1所述，包含一个1个数据输入端口、1个读请求输入端口、1个数据输出端口，由VC号识别模块、N个读写地址管理模块即VC₀到VC_N-1读写地址管理模块、第一写请求与写地址选择模块、第一读请求与读地址选择模块、第二写请求与写数据选择模块、第二读请求选择模块、第一数据缓冲区、地址缓冲区、空闲地址缓冲区、第二读写地址管理模块、N个VC顶部缓冲区即VC₀到VC_N-1FIFO_TOP、以及N选1多路选择器组成。

数据输入端口与VC号识别模块、第一数据缓冲区、N个VC顶部缓冲区即VC₀到VC_N-1FIFO-TOP相连，将N个VC的数据串行输入到VC号识别模块，同时，如果VC₀到VC_N-1的顶部缓冲区可以接收旁路数据，将数据直接旁路写入VC₀到VC_N-1的顶部缓冲区；否则，将数据写入第一数据缓冲区。

VC号识别模块与数据输入端口、VC₀到VC_N-1读写地址管理模块相连，从数据输入端口输入的数据中提取该数据的VC号i(0≤i≤N-1)，生成VC_i写请求，发送到VC_i读写地址管理模块。